Le previsioni meteorologiche si basano su simulazioni numeriche dell'atmosfera, comunemente chiamate «modelli meteorologici». Su supercomputer ad alte prestazioni, questi modelli meteorologici calcolano i flussi atmosferici e l'evoluzione delle nuvole e delle precipitazioni con un anticipo che va da alcune ore a diversi giorni. Come base per questo calcolo, i modelli meteorologici necessitano di una descrizione il più possibile esatta dello stato dell'atmosfera (distribuzione di pressione, temperatura e umidità) al momento dell'inizio del calcolo. Le più piccole incertezze in queste condizioni iniziali, dette anche «analisi», si amplificano rapidamente con il progredire del calcolo, trasformandosi in errori più grossolani nella previsione, come illustrato schematicamente nel grafico che segue. 

L'umidità contribuisce in modo significativo alle incertezze nelle previsioni meteorologiche. Misurarne la distribuzione esatta in un determinato momento è praticamente impossibile: le radiosonde, ad esempio, forniscono misurazioni precise, ma sono disponibili solo per determinati momenti e in pochi luoghi. I satelliti possono fornire informazioni su un'area più estesa, ma si limitano agli strati atmosferici medi e superiori e sono relativamente imprecisi.

Piattaforme di misurazione volanti

I moderni strumenti di misurazione basati sul laser, i cosiddetti «scanning LIDAR», possono essere d’aiuto in questo caso, poiché da un lato effettuano misurazioni continue e, grazie a un sistema meccanico aggiuntivo, sono in grado di generare scansioni bidimensionali dell’atmosfera. Questa tecnologia viene utilizzata già da tempo in progetti di ricerca meteorologica come, ad esempio, la campagna di misurazione «North Atlantic Waveguide, Dry Intrusion, and Downstream Impact Campaign», abbreviata in NAWDIC, recentemente condotta sull'Atlantico settentrionale.

MeteoSvizzera fa un ulteriore passo avanti: dei «LIDAR a scansione» in miniatura vengono fissati sui nibbi reali per misurare i profili di umidità dell'aria a livello del suolo su un'ampia area, anche in terreni inaccessibili, e fornire i dati per l'assimilazione nei nostri modelli meteorologici a maglia fine. Il principio di misurazione sviluppato nella ricerca per singole applicazioni specifiche viene così esteso alla vasta scala della regione alpina e trasferito all’uso operativo.

I nibbi reali sono particolarmente adatti come piattaforme di misurazione volanti naturali per la «scansione laser aerea» sia per le loro dimensioni, sia perché planano in modo relativamente stabile nelle correnti termiche o nelle correnti ascensionali laminari. La stabilità di volo consente di ottenere scansioni 2D precise dell'umidità relativa lungo la traiettoria dell'uccello, poiché i minimi movimenti dello strumento permettono misurazioni con un elevato «signal to noise ratio»  (rapporto segnale/rumore) ed evitano la necessità di correzioni successive. 

Vengono utilizzati laser KY-008 economici con una lunghezza d'onda di 650 nm, che non sono percepibili dagli altri uccelli nelle immediate vicinanze e non causano lesioni. Lo strumento, piccolo e del peso di pochi grammi, non dovrebbe interferire con il comportamento naturale dell'uccello che lo trasporta e dovrebbe consentire le tipiche quote di volo di diverse centinaia di metri dal suolo. La localizzazione e la trasmissione del segnale al centro dati di MeteoSvizzera avvengono tramite GPS, con il segnale trasmesso in forma crittografata per motivi di protezione dei dati.

Prime esperienze positive

I primi nibbi reali sono già stati dotati del dispositivo di misurazione e, sebbene le condizioni meteorologiche attuali li rendano ancora poco attivi, gli effetti di queste informazioni aggiuntive sull'umidità sono già chiaramente visibili nella qualità delle previsioni meteorologiche, come illustrato l'esempio seguente.

Le previsioni meteorologiche, integrate dai profili di umidità rilevati dai nibbi reali, presentano una variabilità spaziale significativamente maggiore. Ciò influisce positivamente sulla rappresentazione nel modello delle nubi convettive su piccola scala o delle differenze locali nell'irraggiamento solare. 

A lungo termine si prevede di estendere il principio di misurazione ad altre specie di uccelli: attualmente sono in corso studi di fattibilità su uccelli notturni come gufi o cormorani. Questi ultimi percorrono distanze notevolmente maggiori e possono quindi raccogliere ancora più informazioni rispetto ai nibbi reali. Ciò richiederebbe un ulteriore sviluppo dello strumento di misurazione, che, se utilizzato sui cormorani, dovrebbe essere adatto anche all’uso subacqueo.   ><(((°>  <°)))><